Was sind Seltenerdmetalle?

Seltenerdmetalle auf dem Periodensystem der Elemente.

"Seltene Erden" Metalle sind nicht so selten, wie sie klingen — in der Tat verwenden Sie wahrscheinlich gerade einige. Sie sind der Schlüssel zu einer Vielzahl von alltäglichen Geräten, von Tablet-Computern und Fernsehgeräten bis hin zu Hybridautos und Windkraftanlagen. Daher ist es möglicherweise ermutigend zu wissen, dass mehrere Arten tatsächlich üblich sind. Cer ist zum Beispiel das 25. häufigste Element auf der Erde.

Warum heißen sie dann? "Selten" Erden? Der Name spielt auf ihre schwer fassbare Natur an, da die 17 Elemente selten in reiner Form existieren. Stattdessen mischen sie sich diffus mit anderen Mineralien im Untergrund, was ihre Gewinnung kostspielig macht.

Und das ist leider nicht ihr einziger Nachteil. Der Abbau und die Raffination von Seltenen Erden verursachen ein Umweltproblem, das die meisten Länder dazu veranlasst, ihre eigenen Reserven zu vernachlässigen, selbst wenn die Nachfrage steigt. China war seit Anfang der neunziger Jahre die wichtigste Ausnahme und beherrschte den Welthandel mit seiner Bereitschaft, Seltene Erden intensiv abzubauen — und mit ihren sauren, radioaktiven Nebenprodukten umzugehen. Deshalb beziehen die USA trotz großer eigener Vorkommen immer noch 92 Prozent ihrer Seltenen Erden aus China.

Dies war bis vor kurzem kein Problem, als China begann, die Seltenen Erden enger in den Griff zu bekommen. Das Land führte 1999 erstmals Handelsbeschränkungen ein und schrumpfte seine Exporte von 2005 bis 2009 um 20 Prozent. Im Jahr 2010 erlebten sie dann einen dramatischen Sturzflug und drückten die weltweiten Lieferungen im Streit mit Japan. In den letzten Jahren sind sie sogar noch weiter gesunken. China sagt, es sei aus ökologischen Gründen geizig und nicht aus wirtschaftlichen Gründen, aber die Kürzungen haben dennoch zu erheblichen Preisspitzen geführt. So lag der Preis für Neodym im Mai 2011 bei 129 US-Dollar pro Pfund, nach nur 19 US-Dollar im Vorjahr.

Viele Kunden Chinas kaufen bereits ein: Einlagen in Russland, Brasilien, Australien und Südasien sind auf großes Interesse gestoßen, ebenso die einzige Seltenerdmine in den USA. Auch wenn diese Mine nach einer zehnjährigen Pause wiedereröffnet wurde — und hält Das größte Vorkommen von Seltenen Erden außerhalb Chinas — die USA wollen wie viele andere Länder nicht die neue Anlaufstelle für Seltene Erden sein. "Diversifizierte globale Lieferketten sind unerlässlich," Die Energieabteilung sagte in einem Bericht 2010.

Warum zögern so viele Länder, ihre eigenen Seltenerdvorkommen auszubeuten? Und was macht Seltene Erden so einzigartig? Antworten auf diese und andere Fragen finden Sie in der folgenden Übersicht über diese 17 mysteriösen Metalle.

Eine seltene Rasse

Ein Großteil der Anziehungskraft der Seltenen Erden liegt in ihrer Fähigkeit, obskure, hochspezifische Aufgaben auszuführen. Europium liefert beispielsweise roten Phosphor für Fernsehgeräte und Computermonitore, und es ist kein Ersatz bekannt. Cer regiert in ähnlicher Weise die Glaspolierindustrie mit "Praktisch alle polierten Glasprodukte" abhängig davon, nach dem U.S. Geological Survey.

Permanentmagnete sind eine weitere wichtige Rolle für Seltene Erden. Ihr geringes Gewicht und ihre hohe Magnetfestigkeit haben es ermöglicht, eine breite Palette von elektronischen Bauteilen zu miniaturisieren, darunter viele, die in Haushaltsgeräten, Audio- / Videogeräten, Computern, Autos und militärischen Ausrüstungen verwendet werden. Innovationen wie kleine Multi-Gigabyte-Sprunglaufwerke und DVD-Laufwerke wären ohne Seltenerdmagnete wahrscheinlich nicht möglich. Diese bestehen häufig aus einer Neodym-Legierung, können aber auch Praseodym, Samarium, Gadolinium oder Dysprosium enthalten.

Die Produktion von Seltenen Erden kann Umweltprobleme verursachen, hat aber auch eine umweltfreundliche Seite. Sie sind beispielsweise für Katalysatoren, Hybridautos und Windkraftanlagen sowie für energieeffiziente Leuchtstofflampen und Magnetkühlsysteme von entscheidender Bedeutung. Auch ihre geringe Toxizität ist von Vorteil, da Lanthan-Nickel-Hydrid-Batterien ältere Typen, die Cadmium oder Blei verwenden, langsam ersetzen. Rote Pigmente aus Lanthan oder Cer setzen auch Farbstoffe außer Kraft, die verschiedene Toxine enthalten. (Weitere Informationen finden Sie in der nachstehenden Liste der Seltenerdmetalle und ihrer Verwendungen.)

Schau, wessen Gift

Viele grüne Technologien basieren auf Seltenen Erden, aber ironischerweise haben die Produzenten von Seltenen Erden eine lange Tradition darin, die Umwelt zu schädigen, um an die Metalle zu gelangen. Wie in vielen Industrien, in denen Mineralerze verarbeitet werden, fallen giftige Nebenprodukte an, die als bekannt sind "Rückstände," die mit radioaktivem Uran und Thorium kontaminiert sein können. In China werden diese Abfälle häufig eingelagert "Seltenerdseen" wie die unten abgebildeten:

Satellitenaufnahme des chinesischen Seltenerdkomplexes Baotou. Minen sind oben rechts; Waste Lakes sind auf der linken Seite.

Laut AFP-Berichten klagen Bauern in der Nähe der chinesischen Mine Baotou über absterbende Ernten, Zahnverlust und Haarausfall, während Boden- und Wassertests in der Region einen hohen Karzinogenspiegel nachweisen. China hat erst vor kurzem begonnen, solche Verschmutzungen zu bekämpfen. Vielleicht hat es eine Lektion aus dem kalifornischen Mountain Pass gelernt, der die meisten seltenen Erden der Welt versorgte, bis er 2002 aufgrund wirtschaftlicher und ökologischer Zwänge geschlossen werden musste. Die Gewinne der Mine waren seit Jahren gesunken China senkte die Preise für Seltene Erden mit seiner eigenen Bergbau-Raserei, während eine Reihe von Abwasserlecks von 1984 bis 1998 Tausende von Gallonen giftigen Schlamms in die kalifornische Wüste verschüttete und das Image der Mine in der Öffentlichkeit beschmutzte.

Doch da Chinas Produktion jetzt zurückgeht, haben steigende Preise dem Bergpass erneut die Tür geöffnet. Im April 2011 leitete Molycorp Minerals ein Ereignis ein, das die Rückkehr der stillgelegten Mine ankündigte. Einige Politiker halten dies für entscheidend, um die Abhängigkeit der USA von Importen zu verringern. "Wir müssen uns von unserer völligen Abhängigkeit von China für Seltene Erden befreien," Der Abgeordnete Mike Coffman, R-Colo., Berichtete der Financial Times. Es ist schwer zu widersprechen, angesichts der globalen Bedeutung der Seltenen Erden, aber das Gespenst der Verschütteten bleibt bestehen. Molycorp weiß, dass CEO Mark Smithtold den Atlantik im Jahr 2009 und sein will "Umweltfreundlich, nicht nur konform." Das Unternehmen gibt jährlich 2,4 Millionen US-Dollar für Überwachung und Compliance aus, was die Kosten erhöht. Smith sagt jedoch, dass dies ängstliche Käufer nicht abschreckt. "Wir werden von Fortune-100-Unternehmen kontaktiert, die besorgt sind, woher sie ihr nächstes Pfund [Seltene Erden] beziehen werden.," hetoldBloomberg News. "Sie möchten mit uns über langfristige, stabile und sichere Lieferungen sprechen."

Molycorp darf in den nächsten 30 Jahren seine Grube am Gebirgspass (Bild) um weitere 300 Fuß vertiefen, was die weltweite Versorgung mit Seltenen Erden um 10 Prozent pro Jahr steigern könnte. Und es ist nicht das einzige Unternehmen, das in den USA Reserven erschließen will: Wings Enterprises belebt beispielsweise seine Pea Ridge-Mine in Missouri, während 2014 möglicherweise eine neue Mine in Wyoming eröffnet wird unvermeidlich, indem vielen Technologien zur Bekämpfung des Klimawandels ein giftiger Stern hinzugefügt wird.

Es kann jedoch einen Weg geben, die Nachfrage nach neuem Bergbau zu verringern: das Recycling von Seltenen Erden. Chinas Exportpolitik hat einige japanische Unternehmen dazu veranlasst, seltene Erden zu recyceln, wie Mitsubishi, das die Kosten für die Wiederverwendung von Neodym und Dysposium aus Waschmaschinen und Klimaanlagen untersucht. Hitachi, das jedes Jahr bis zu 600 Tonnen Seltene Erden verwendet, plant ein Recycling, um 10 Prozent seines Bedarfs zu decken. Die Vereinigten Staaten haben kürzlich ein Projekt gestartet, um verworfene Objekte zu verfolgen "Elektroschrott" wie Mobiltelefone und Fernseher, in der Hoffnung, das Recycling nicht nur von Seltenen Erden, sondern auch von Gold, Silber und Kupfer anzukurbeln. Solange solche Programme nicht kostengünstiger sind, werden die USA und andere Länder mit ziemlicher Sicherheit weiterhin testen, wie selten und wie sicher Seltene Erden tatsächlich sind.

Seltene Erden

Hier einige Beispiele für die Verwendung der einzelnen Seltenerdelemente:

  • Scandium:Quecksilberdampflampen hinzugefügt, damit ihr Licht eher wie Sonnenlicht aussieht. Wird auch in bestimmten Sportgeräten verwendet — einschließlich Aluminium-Baseballschlägern, Fahrradrahmen und Lacrosse-Stöcken — sowie in Brennstoffzellen.
  • Yttrium:Erzeugt Farbe in vielen Fernsehbildröhren. Leitet auch Mikrowellen und akustische Energie, simuliert Diamantedelsteine ​​und verstärkt unter anderem Keramik, Glas, Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen.
  • Lanthan:Eine von mehreren Seltenen Erden, aus denen Kohlenstofflampen hergestellt wurden, die in der Film- und Fernsehindustrie für Studio- und Projektorleuchten verwendet werden. Auch in Batterien, Feuerzeugsteinen und speziellen Glassorten wie Kameralinsen enthalten.
  • Cer:Das am weitesten verbreitete aller Seltenerdmetalle. Wird in Katalysatoren und Dieselkraftstoffen verwendet, um die Kohlenmonoxidemissionen von Fahrzeugen zu reduzieren. Wird auch in Carbon-Bogenlampen, Feuerzeugen, Glaspolierern und selbstreinigenden Öfen verwendet.
  • Praseodym:Wird hauptsächlich als Legierungsmittel mit Magnesium zur Herstellung hochfester Metalle für Flugzeugmotoren verwendet. Kann auch als Signalverstärker in Glasfaserkabeln und zur Herstellung von Hartglas für Schweißerbrillen verwendet werden.
  • Neodym:Hauptsächlich verwendet, um leistungsstarke Neodym-Magnete für Computer-Festplatten, Windturbinen, Hybridautos, Ohrhörer und Mikrofone herzustellen. Wird auch zum Färben von Glas und zum Herstellen von Feuerzeugen und Schweißerbrillen verwendet.
  • Promethium:Kommt auf der Erde nicht natürlich vor; muss künstlich über die Uranspaltung hergestellt werden. Wird einigen Arten von Leuchtfarben und kerngespeisten Mikrobatterien hinzugefügt und kann möglicherweise in tragbaren Röntgengeräten verwendet werden.
  • Samarium:Vermischt mit Kobalt entsteht ein Permanentmagnet mit der höchsten Entmagnetisierungsbeständigkeit aller bekannten Materialien. Ausschlaggebend für den Bau "Clever" Raketen; Wird auch in Carbon-Bogenlampen, Feuerzeugen und einigen Glasarten verwendet.
  • Europium:Das reaktivste aller Seltenerdmetalle. Wird seit Jahrzehnten als roter Leuchtstoff in Fernsehgeräten verwendet — und in jüngster Zeit auch in Computermonitoren, Leuchtstofflampen und einigen Lasertypen -, hat aber ansonsten nur wenige kommerzielle Anwendungen.
  • Gadolinium:Wird in einigen Steuerstäben in Kernkraftwerken verwendet. Auch in medizinischen Anwendungen wie der Magnetresonanztomographie (MRT) und industriell zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit von Eisen, Chrom und verschiedenen anderen Metallen eingesetzt.
  • Terbium:Wird in einigen Festkörpertechnologien verwendet, von fortschrittlichen Sonarsystemen über kleine elektronische Sensoren bis hin zu Brennstoffzellen, die für den Betrieb bei hohen Temperaturen ausgelegt sind. Produziert auch Laserlicht und grüne Leuchtstoffe in Fernsehröhren.
  • Dysprosium:Wird in einigen Steuerstäben in Kernkraftwerken verwendet. Wird auch bei bestimmten Arten von Lasern verwendet, um die Intensität der Beleuchtung zu erhöhen und die Koerzitivfeldstärke von Hochleistungs-Permanentmagneten zu erhöhen, wie sie in Hybridfahrzeugen zu finden sind.
  • Holmium:Hat die höchste Magnetstärke aller bekannten Elemente und ist daher sowohl für Industriemagnete als auch für einige nukleare Steuerstäbe geeignet. Wird auch in Festkörperlasern und zum Färben von Zirkonia und bestimmten Glassorten verwendet.
  • Erbium:Verwendet als Fotofilter und als Signalverstärker (aka "Dopingmittel") in Glasfaserkabeln. Wird auch in einigen nuklearen Kontrollstäben, Metalllegierungen und zum Färben von Spezialglas und Porzellan in Sonnenbrillen und billigem Schmuck verwendet.
  • Thulium:Das seltenste natürlich vorkommende Seltenerdmetall. Hat nur wenige kommerzielle Anwendungen, obwohl es in einigen chirurgischen Lasern verwendet wird. Nachdem es in Kernreaktoren Strahlung ausgesetzt wurde, wird es auch in der tragbaren Röntgentechnologie eingesetzt.
  • Ytterbium:Wird in einigen tragbaren Röntgengeräten verwendet, hat aber ansonsten nur begrenzte kommerzielle Verwendungsmöglichkeiten. Unter seinen Spezialanwendungen findet es Verwendung in bestimmten Lasertypen, in Spannungsmessgeräten für Erdbeben und als Dotierungsmittel in Glasfaserkabeln.
  • Lutetium:Hauptsächlich auf Spezialanwendungen beschränkt, z. B. die Berechnung des Meteoritenalters oder die Durchführung von Positronenemissionstomographien (PET). Wurde auch als Katalysator für das Verfahren von verwendet "Knacken" Erdölprodukte in Erdölraffinerien.

Mehr Informationen

Weitere Informationen zu Seltenerdmetallen finden Sie unter den folgenden Links und in den folgenden Videos:

  • In den USA besteht die Gefahr von Versorgungsstörungen durch Seltene Erden
  • Könnte sich der Abbau von Seltenen Erden zum Mond bewegen??

https://www.youtube.com/embed/4wPYbSjVrVQ

Klicken Sie hier, um Bildnachweise zu sehen

Bildnachweis

Seltenerdverarbeitung: Ames National Laborator

Seltenerdmagnet: US-Energieministerium

Satellitenbild des Baotou Steel-Komplexes: Google Eart

Quecksilberdampflampen: Nationale Gesundheitsinstitute

Flachbildfernseher: US-Energieabteilung

Studio-Spotlight: Jupiter Images

Sattelzugmaschine: Argonne National Laboratory

F-22 Raptor: US-Verteidigungsministerium

Windkraftanlage: National Renewable Energy Laboratory

Mikrobatterie: Nationales Labor für erneuerbare Energien

Seltenerd-Magnet: Ames National Laboratory

Rote und blaue Laser: Jeff Keyzer / Flickr

Kernkühlturm: Los Alamos National Laboratory

Grüner Laser: Oak Ridge National Laboratory

Porsche Cayenne Hybrid: fueleconomy.gov

Zirkonium: Greencollander / Flickr

Sonnenbrillen: Consumer Product Safety Commission

Handröntgen: NASA

Glasfaserkabel: NASA

Diesel-Regenbogen: Guinnog / Wikimedia Commons

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